CN113607383A - 测量激光光轴瞄准偏差的装置、***和方法 - Google Patents

测量激光光轴瞄准偏差的装置、***和方法 Download PDF

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彭小康
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夏珝笙
陈欣
黄治强
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Abstract

本申请涉及一种测量激光光轴瞄准偏差的装置、***和方法，涉及高能激光技术领域，装置用于测量激光设备发出的激光，包括具有内腔室的盖体和设于内腔室中的光路调整机构及靶面组件；盖体包括一供激光进入内腔室的孔和与激光设备适配相连的连接部；光路调整机构用于接收进入内腔室的激光，调整接收的激光的光路，并输出调整光路后的激光；靶面组件包括可见光发射器、靶标和聚焦透镜，聚焦透镜用于汇聚输出的激光以在靶标上形成光斑，可见光发射器用于向靶标提供光源，其中，光斑和标记点可供计算激光光轴的瞄准偏差。本申请实施例能够连续测量激光光轴的瞄准偏差，还兼具测量空间小和测量范围广的特性。

Description

测量激光光轴瞄准偏差的装置、***和方法
技术领域
本申请涉及高能激光技术领域，特别涉及一种测量激光光轴瞄准偏差的装置、***和方法。
背景技术
激光光轴的“瞄准偏差”作为激光设备性能指标之一，直接影响着激光设备的工作效能。相关的激光设备瞄准性能测试通常采用外场测试，该测试方法包括：
在外场试验区放置带有十字标记(标记点)的靶标，再使用跟踪相机(光斑探测器)对靶标成像，使成像在跟踪相机中的靶标上的十字标记与相机的靶面中心十字大致相重合，通过跟踪相机控制电调镜组件对靶标上的十字标记进行闭环，使得靶标上的十字标记时时成像在跟踪相机的探测器中央；之后，激光设备工作，发出激光，在靶标上进行烧蚀，使用测量工具测量靶标烧蚀点与靶面十字的距离，即计算激光光轴的瞄准偏差。
然而，在上述的测试方法中，仍然存在几点明显的缺点，比如测量需要长距离的场地，对试验场地的空间要求高；测量激光设备在某一方位角和某一俯仰角是的激光光轴的瞄准偏差，而无法在不改变测试设备的同时，继续测量发射的激光光轴为其他方位角或其他俯仰角的情况，即不能适用在激光设备全工作范围内的连续快速测量；同时，试验场地的空间环境也难以排除大气湍流、热晕等扰动因素。
发明内容
本申请实施例提供一种测量激光光轴瞄准偏差的装置、***和方法，以解决相关技术中激光光轴的瞄准偏差测量不连续、测量场地要求高的问题。
第一方面，提供了一种测量激光光轴瞄准偏差的装置，其用于测量激光设备发出的激光，包括具有内腔室的盖体和设于所述内腔室中的光路调整机构及靶面组件；
所述盖体包括一供激光进入所述内腔室的孔和与所述激光设备适配相连的连接部；
所述光路调整机构用于接收进入所述内腔室的激光，调整接收的激光的光路，并输出调整光路后的激光；
所述靶面组件包括可见光发射器、靶标和聚焦透镜，所述聚焦透镜用于汇聚输出的激光以在所述靶标上形成光斑，所述可见光发射器用于向所述靶标提供光源，其中，所述光斑和所述标记点可供计算激光光轴的瞄准偏差。
一些实施例中，所述光路调整机构包括电调镜组件和反射镜组件；
所述电调镜组件用于将所述标记点成像在光斑探测器的中央，以及，接收进入所述内腔室的激光，并将接收的激光转反射所述反射镜组件；
所述反射镜组件设于所述电调镜组件和所述聚焦透镜之间，其包括多个平面反射镜，各个所述平面反射镜适配布置在所述内腔室中。
一些实施例中，所述光路调整机构还包括：
缩束镜，其设于所述电调镜组件和所述反射镜组件之间，用于缩小进入所述内腔室的激光的光径。
一些实施例中，还包括：
控制装置，其与所述电调镜组件和所述可见光发射器均相连，用于控制所述电调镜组件的转动角度和所述可见光发射器的开关。
一些实施例中，所述连接部呈环形构造。
第二方面，还提供了一种测量激光光轴瞄准偏差的***，包括：
激光设备；
如上述的测量激光光轴瞄准偏差的装置，所述装置通过所述连接部适配安装在所述激光设备的发射口上；
光斑探测器，其与所述靶标相连，用于对所述光斑和所述标记点进行成像。
一些实施例中，还包括：
光斑处理器，其与所述光斑探测器相连，用于获取所述光斑和所述标记点的成像信息，并根据获取到的成像信息计算得到激光光轴的瞄准偏差。
一些实施例中，所述激光设备包括：
可绕一方位轴转动的转台，所述转台上具有一大致与所述方位轴垂直的俯仰轴；
可绕所述俯仰轴转动的激光发射筒，且所述激光发射筒活动组设在所述转台上。
第三方面，还提供了一种测量激光光轴瞄准偏差的方法，包括以下步骤：
提供如上述的测量激光光轴瞄准偏差的***；
可见光发射器向所述靶标发出探测光；
控制所述光路调整机构改变探测光的光路，直至所述靶标上的标记点在所述光斑探测器中的成像与所述光斑探测器的标记中心大致重合；
所述激光设备发出激光；
记录激光设备发出的激光在靶标上形成的光斑和所述标记点的位置，以根据记录的两个位置进行计算得到激光光轴的瞄准偏差。
一些实施例中，在连续改变所述激光发射筒的方位角或俯仰角时，所述光斑处理器计算发射口的当前方向对应的激光光轴的瞄准偏差。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：能够连续测量激光光轴的瞄准偏差，还兼具测量空间小和测量范围广的特性，也降低了对测试环境的要求。
本申请实施例提供了一种测量激光光轴瞄准偏差的装置、***和方法，可见光发射器为靶标提供可见光源，在测量中视为探测光，激光设备发出的光即为待测量的激光，通过激光在靶标上的光斑位置和靶标上的标记点计算得到激光光轴的瞄准偏差；同时，该装置安装在激光设备上，与激光设备的发射口相对固定，能够测量发射口在各个方向上的激光光轴的瞄准偏差，避免了在外场环境下的测量需要考虑到大气环境因素对光轴的影响，降低了外界环境在测量时的干扰，更适合于高精度的激光测量，以及所有的光学元器件均集成在盖体中，兼具测量空间小和测量范围广的特性，还能够解决测量不连续的弊端。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种测量激光光轴瞄准偏差的装置的结构主视示意图；
图2为本申请实施例提供的一种测量激光光轴瞄准偏差的装置的结构左视示意图；
图3为本申请实施例提供的一种测量激光光轴瞄准偏差的***的结构主视示意图；
图中：1、盖体；11、内腔室；12、孔；13、连接部；2、可见光发射器；3、靶标；4、聚焦透镜；5、电调镜组件；6、反射镜组件；7、缩束镜；71、凹透反射镜；72、凸透反射镜；8、控制装置；91、转台；92、激光发射筒；93、光斑探测器；94、光斑处理器；A、方位轴；B、俯仰轴。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种测量激光光轴瞄准偏差的装置，其能够连续测量激光光轴的瞄准偏差，还兼具测量空间小和测量范围广的特性，也降低了对测试环境的要求。
如图1ˉ2所示，本申请实施例提供了一种测量激光光轴瞄准偏差的装置，其用于测量激光设备发出的激光，包括具有内腔室11的盖体1和设于所述内腔室11中的光路调整机构及靶面组件；
所述盖体1包括一供激光进入所述内腔室11的孔12和与所述激光设备适配相连的连接部13；
所述光路调整机构用于接收进入所述内腔室11的激光，调整接收的激光的光路，并输出调整光路后的激光；
所述可见光发射器2用于向所述靶标3提供光源；
所述靶面组件包括可见光发射器2、靶标3和聚焦透镜4，所述聚焦透镜4用于汇聚输出的激光以在所述靶标3上形成光斑，所述可见光发射器2用于向所述靶标3提供光源，其中，所述光斑和所述标记点可供计算激光光轴的瞄准偏差。
本申请实施例提供了一种测量激光光轴瞄准偏差的装置，可见光发射器2为靶标3提供可见光源，在测量中视为探测光，激光设备发出的光即为待测量的激光，通过激光在靶标3上的光斑位置和靶标3上的标记点计算得到激光光轴的瞄准偏差；同时，该装置安装在激光设备上，与激光设备的发射口相对固定，能够测量发射口在各个方向上的激光光轴的瞄准偏差，避免了在外场环境下的测量需要考虑到大气环境因素对光轴的影响，降低了外界环境在测量时的干扰，更适合于高精度的激光测量，以及所有的光学元器件均集成在盖体中，兼具测量空间小和测量范围广的特性，还能够解决测量不连续的弊端。
在本实施例中，所述可见光发射器2可以为照明灯，其发出可见光，照亮靶标3上的标记点，也就是十字标记，使得成像清晰，以确保激光光轴的瞄准偏差的测量准确性。其中，聚焦透镜4也组设在盖体1的内腔室11中，用于将光路调整机构反射出的激光汇聚在所述靶标3上。
进一步地，所述光路调整机构包括电调镜组件5和反射镜组件6；
所述电调镜组件5用于将所述标记点成像在光斑探测器的中央，以及接收进入所述内腔室11的激光，并将接收的激光转反射所述反射镜组件6；
所述反射镜组件6设于所述电调镜组件5和所述聚焦透镜4之间，其包括多个平面反射镜，各个所述平面反射镜适配布置在所述内腔室11中。
更进一步地，所述光路调整机构还包括：
缩束镜7，其设于所述电调镜组件5和所述反射镜组件6之间，用于缩小进入所述内腔室11的激光的光径。
具体地，所述缩束镜7包括依次设置在所述电调镜组件5和所述反射镜组件6之间的凹透反射镜71和凸透反射镜72。
在本申请实施例中，所述缩束镜7包括凹透反射镜71和凸透反射镜72，用于缩小激光设备发出的激光光束的口径，即缩小激光的光径，能够提高从缩束镜7输出的激光光路的焦距，压缩光斑在靶标3上的大小，进而提高激光光轴的瞄准偏差的精度。
在本实施例中，所述电调镜组件5还可以为二维偏摆镜，所述反射镜组件6中的各个平面反射镜用来改变光路的路径，以合理利用内腔室11有限的安装空间。
进一步地，还包括：
控制装置8，其与所述电调镜组件5和所述可见光发射器2均相连，用于控制所述电调镜组件5的转动角度和所述可见光发射器2的开关。
在本实施例中，所述控制装置8还可以设在所述内腔室11中，当然，也不必局限在内腔室11中，也可以使用远程控制的形式来控制所述电调镜组件5和所述可见光发射器2。
在本申请实施例中，在测量之前，还需要控制装置控制二维偏摆镜的转动角度，以使得光斑探测器中捕获到的靶标3上的标记点成像在光斑探测器的中央位置，由于所述靶标3与激光设备中的激光发射筒92位置相对固定，那么二维偏摆镜自然可以根据光斑探测器上的探测情况对标记点时时闭环捕获，且标记点时时成像在光斑探测器的中央，方便计算激光光轴的瞄准偏差。
在本申请实施例中，所述连接部13呈环形构造。环形构造的连接部13能够使得盖体1稳固可靠地安装在激光设备上，同时，盖体1上的孔12截取了部分发出的激光，以缩小进入到光路调整机构激光的光径。
如图3所示，本申请实施例还提供了一种测量激光光轴瞄准偏差的***，包括：
激光设备；
如上述的测量激光光轴瞄准偏差的装置，所述装置通过所述连接部13适配安装在所述激光设备的发射口上；
光斑探测器93，其与所述靶标3相连，用于对所述标记点和所述光斑进行成像。
进一步地，还包括：
光斑处理器94，其与所述光斑探测器93相连，用于获取所述光斑和所述标记点的成像信息，并根据获取到的成像信息计算得到激光光轴的瞄准偏差
再进一步地，所述激光设备包括：
可绕一方位轴A转动的转台91，所述转台91上具有一大致与所述方位轴A垂直的俯仰轴B；
可绕所述俯仰轴B转动的激光发射筒92，且所述激光发射筒92活动组设在所述转台91上。
本申请实施例提供的一种测量激光光轴瞄准偏差的***，其具体的工作原理为：
在盖体1封堵在激光设备的发射口后，控制装置8控制可见光发射器2开启，所述可见光发射器2向靶标3提供可见光波长范围中的探测光，所述靶标3上的标记点被照亮，控制装置8再控制电调镜组件5转动直至所述标记点在光斑探测器93上成清晰的像且与光斑探测器93的中心点大致重合，并将该标记点的坐标位置即为(0，0)，该坐标作为探测光的光斑参数；同时，由于靶标3与从激光发射筒92发出的激光是相对固定的，因此，当标记点的坐标为零点后，不再转动电调镜组件5的话，那么光斑探测器93能够在电调镜组件5的作用下对所述标记点进行闭环捕获，以使得标记点时时成像在光斑探测器93的中央，即始终处于坐标零点(0，0)的位置。
激光设备从发射口发出激光，穿过盖体1上的孔12后打在电调镜组件5上，经由所述电调镜组件5反射进入缩束镜7中，缩束镜7将激光的光径转变为适当的光径大小后平行发出到反射镜组件6，反射镜组件6中的多个平面反射镜将激光不断反射后通过聚焦透镜4发出，且从聚焦透镜4出射到靶标3上光会在靶标3上形成光斑，且该光斑在光斑探测器93上成像，本实施例中，所述光斑探测器93可以为激光设备中的跟踪相机。
当激光设备处于某一位置时，能够得到激光对应的光斑在跟踪相机上的成像，再通过标记点与光斑的坐标进行计算得到激光光轴的瞄准偏差。
在盖体1一直安装在激光设备的发射口上时，若发射口的方位角和俯仰角发生改变，所述激光设备发出的激光仍然能够在靶标3上形成光斑，再通过对该光斑的实时跟踪，即可连续地测量激光设备在所有的工作范围内的瞄准偏差，提高了激光设备的全工作范围的测量效率，同时，在快速获取到各个工作范围的瞄准偏差后，还能够根据测量结果进行补偿标定，避免了在外场环境下的测量需要考虑到大气环境因素对光轴的影响，降低了外界环境在测量时的干扰，更适合于高精度的激光测量，以及所有的光学元器件均集成在盖体1中，兼具测量空间小和测量范围广的特性，还能够解决测量不连续的弊端。
本申请实施例还提供了一种测量激光光轴瞄准偏差的方法，包括以下步骤：
提供如上述的测量激光光轴瞄准偏差的***；
可见光发射器2向所述靶标3发出探测光；
控制所述光路调整机构改变探测光的光路，直至所述靶标3上的标记点在所述光斑探测器中的成像与所述光斑探测器的标记中心大致重合；
所述激光设备发出激光；
记录激光设备发出的激光在靶标3上形成的光斑和所述标记点的位置，以根据记录的两个位置进行计算得到激光光轴的瞄准偏差。
进一步地，在连续改变所述激光发射筒92的方位角或俯仰角时，所述光斑处理器计算激光在当前方向对应的激光光轴的瞄准偏差。
在本申请实施例中，所述激光设备包括转台91和激光发射筒92，根据转台91绕方位轴A的转动角度确定方位角，根据激光发射筒92绕俯仰轴B的转动角度确定俯仰角，每一组方位角和俯仰角均能够对应一激光光轴的瞄准偏差，在方位角或俯仰角发生改变时，安装在激光设备上的装置接收到的激光与靶标3之间的光路是相对不变的，故而能够随着激光设备发出的激光的方位角或俯仰角实时跟进测量激光光轴的瞄准偏差。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种测量激光光轴瞄准偏差的装置，其用于测量激光设备发出的激光，其特征在于，包括具有内腔室(11)的盖体(1)和设于所述内腔室(11)中的光路调整机构及靶面组件；
所述盖体(1)包括一供激光进入所述内腔室(11)的孔(12)和与所述激光设备适配相连的连接部(13)；
所述光路调整机构用于接收进入所述内腔室(11)的激光，调整接收的激光的光路，并输出调整光路后的激光；
所述靶面组件包括可见光发射器(2)、靶标(3)和聚焦透镜(4)，所述聚焦透镜(4)用于汇聚输出的激光以在所述靶标(3)上形成光斑，所述可见光发射器(2)用于向所述靶标(3)提供光源，其中，所述光斑和所述标记点可供计算激光光轴的瞄准偏差。
2.如权利要求1所述的测量激光光轴瞄准偏差的装置，其特征在于，所述光路调整机构包括电调镜组件(5)和反射镜组件(6)；
所述电调镜组件(5)用于将所述标记点成像在光斑探测器的中央，以及，接收进入所述内腔室(11)的激光，并将接收的激光转反射所述反射镜组件(6)；
所述反射镜组件(6)设于所述电调镜组件(5)和所述聚焦透镜(4)之间，其包括多个平面反射镜，各个所述平面反射镜适配布置在所述内腔室(11)中。
3.如权利要求2所述的测量激光光轴瞄准偏差的装置，其特征在于，所述光路调整机构还包括：
缩束镜(7)，其设于所述电调镜组件(5)和所述反射镜组件(6)之间，用于缩小进入所述内腔室(11)的激光的光径。
4.如权利要求1所述的测量激光光轴瞄准偏差的装置，其特征在于，还包括：
控制装置(8)，其与所述电调镜组件(5)和所述可见光发射器(2)均相连，用于控制所述电调镜组件(5)的转动角度和所述可见光发射器(2)的开关。
5.如权利要求1所述的测量激光光轴瞄准偏差的装置，其特征在于，所述连接部(13)呈环形构造。
6.一种测量激光光轴瞄准偏差的***，其特征在于，包括：
激光设备；
如权利要求1～5所述的测量激光光轴瞄准偏差的装置，所述装置通过所述连接部(13)适配安装在所述激光设备的发射口上；
光斑探测器(93)，其与所述靶标(3)相连，用于对所述光斑和所述标记点进行成像。
7.如权利要求6所述的测量激光光轴瞄准偏差的***，其特征在于，还包括：
光斑处理器(94)，其与所述光斑探测器(93)相连，用于获取所述光斑和所述标记点的成像信息，并根据获取到的成像信息计算得到激光光轴的瞄准偏差。
8.如权利要求7所述的测量激光光轴瞄准偏差的***，其特征在于，所述激光设备包括：
可绕一方位轴(A)转动的转台(91)，所述转台(91)上具有一大致与所述方位轴(A)垂直的俯仰轴(B)；
可绕所述俯仰轴(B)转动的激光发射筒(92)，且所述激光发射筒(92)活动组设在所述转台(91)上。
9.一种测量激光光轴瞄准偏差的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供如权利要求6～8任意一项所述的测量激光光轴瞄准偏差的***；
可见光发射器(2)向所述靶标(3)发出探测光；
控制所述光路调整机构改变探测光的光路，直至所述靶标(3)上的标记点在所述光斑探测器(93)中的成像与所述光斑探测器(93)的标记中心大致重合；
所述激光设备发出激光；
记录激光设备发出的激光在靶标(3)上形成的光斑和所述标记点的位置，以根据记录的两个位置进行计算得到激光光轴的瞄准偏差。
10.如权利要求9所述的测量激光光轴瞄准偏差的方法，其特征在于，在连续改变所述激光发射筒(92)的方位角或俯仰角时，所述光斑处理器(94)计算发射口的当前方向对应的激光光轴的瞄准偏差。
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